CN201111895Y - 超分辨光学读取头 - Google Patents

Abstract

超分辨光学读取头，依次包括半导体激光器、准直透镜、分束器、读写物镜、聚焦物镜和光电探测器，其特征在于：在分束器和读写物镜之间的光路中放置反射镜，它与读写物镜固定，随其移动。从而解决具有超分辨效应的刻环中心必须与读写物镜中心对准才能产生超分辨效应的问题。分束器的侧面上刻有能产生超分辨衍射效应的刻环，分束器的刻环侧面位于光路中，刻环中心与系统共轴；将分束器与超分辨位相板集成在一个器件上，不需为位相板的固定而费神，结构简单。

Description

超分辨光学读取头

技术领域：

新型高密度光盘光学读取头，利用光学超分辨技术提高光盘存储密度。

背景技术

随着现代社会信息存储和传输量的日益增加，超高密度、超大容量、超快信息存储技术越来越受到人们的关注，为了进一步提高光盘的存储密度，人们进行了大量的研究。提高存储密度最直接的方法就是减小聚焦光斑的尺寸，但是由于衍射效应的存在，聚焦光斑的大小由激光波长λ和物镜的数值孔径NA决定：

$r=\frac{0.16\mathrm{\λ}}{\mathrm{NA}}$

r为聚焦光斑的半径。因此，减小激光波长λ或增大数值孔径NA均可以减小光斑尺寸从而提高存储密度。

由于产生较短波长的激光器其生产制作工艺非常复杂，价格昂贵；大数值孔径透镜的设计非常困难，像差很难消掉，因此这两种方法在改变光斑尺寸方面的作用极其有限。

光学超分辨技术是一种通过改变平行光路的振幅或位相分布，超越衍射极限，得到较小的聚焦光斑的方法。超分辨位相板就是利用这种技术，用光刻蚀在基片上刻上刻环，使通过它的光线振幅或位相改变，从而可以得到较小的光斑。

因此，可以通过在光学头中加入超分辨位相板减小光斑尺寸，从而在不改变激光波长和物镜数值孔径的情况下提高存储密度。目前已有专利将超分辨位相加入光学头中，但由于位相板自身具有的体积和重量，加入光学头中势必会对其产生影响，同时位相板的位置如置于分束器后，当光束被光盘反射回来时，会经过位相板产生再次衰减，极大的影响了探测器光强；而且由于读写物镜的移动，会使固定的位相板的中心与读写物镜中心偏离，从而失去超分辨效果。

针对这些问题，本实用新型提供了一种新型的超分辨光学读取头结构，能够成功的解决此问题。

发明内容：

本实用新型要解决的技术问题在于，解决固定的位相板的中心与读写物镜中心偏离，从而失去超分辨效果，和超分辨位相板的放入问题，提供超分辨光学读取头，减少对光学头内部结构的改变，保持可靠的超分辨效果。

本实用新型的技术解决方案如下：

超分辨光学读取头，依次包括半导体激光器、准直透镜、分束器、读写物镜、聚焦物镜和光电探测器，其特征在于：在分束器和读写物镜之间的光路中放置反射镜，它与读写物镜固定，随其移动。

如上所述的超分辨光学读取头，其特征在于：与光轴成45度夹角，从而使光线方向改变90度。

反射镜固定在读写物镜上，可以随读写物镜移动，这样读写物镜在移动时可以保证光轴中心始终与超分辨刻环中心对准，保证超分辨效应的实现。

如上所述的超分辨光学读取头，其特征在于：分束器的侧面上刻有能产生超分辨衍射效应的刻环，分束器的刻环侧面位于光路中，刻环中心与系统共轴。

改进的分束器具有衍射效应，将具有衍射效应的刻环刻在分束器的侧面上，这样光线通过分束器时就可以改变其振幅分布，从而在不用加入分立的超分辨位相板的情况下，由分束器直接产生超分辨效应，减少了对光学头内部结构的改变；不需要在光路中再加入光学元件。

如上所述的超分辨光学读取头，其特征在于：将分束器的刻环刻在靠近激光器的侧面。光束经过光盘反射回来就不会被刻环二次衍射，降低光能损失。

与先前的技术相比本实用新型有以下优点：

1、反射镜的加入解决了刻环与读写物镜中心对准问题，不必担心由于读写物镜的移动而中心偏离，失去超分辨效应的问题。

2、不是将超分辨位相板作为一个元件加入光学头的结构中，而是利用光学超分辨技术，将分束器变为具有衍射效应的分束器，将分束器与超分辨位相板集成在一个器件上，不需为位相板的固定而费神，结构简单。

3、将超分辨分束器的刻环刻在靠近激光器的一面，避免光经过光盘反射再通过刻环二次衍射，对到达光点探测器上的能量和光点位置产生影响。

附图说明：

图1为本实用新型实施例的超分辨光学读取头的结构原理图。

图2为超分辨分束器a面的正面结构图。

图3为图1实施例所得到的超分辨效果图。

具体实施方式：

附图1中标记说明：1半导体激光器；2准直透镜；3超分辨分束器；4反射镜；5读写物镜；6光盘；7聚焦透镜；8光电探测器；附图3中标记说明：3a为采用一般分束器光盘上的光强分布曲线；3b为采用超分辨分束器光盘上的光强分布曲线。

图1是本实用新型实施例的超分辨光学读取头的结构原理图：1是半导体激光器，2是准直透镜，3是超分辨分束器，4是反射镜，5是读写物镜，6是光盘，7是聚焦物镜，8是光电探测器。其特点是：超分辨分束器3的a表面刻上具有衍射效应的刻环，在超分辨分束器3和读写物镜5之间加入与光轴成45度角的反射镜4，反射镜4和读写物镜5固定在一起(即图中虚线方框标注的部分)。超分辨分束器表面a上的结构见图2所示，阴影部分代表位相为π的区域，空白部分位相为0的区域。

本实用新型实施例中超分辨分束器的刻环，采用的是双环环带结构位相型，结构如图2所示。其中，a₁为内环半径，a₂为外环半径。内部空白区域位相为0，外部阴影环带区域位相为π。经过优化得到双环结构的位相型超分辨分束器其环带归一化半径为：a₁＝0.38269，a₂＝1，该结构可以将原光点压缩76.6％。

图3为采用超分辨分束器和未采用时，焦平面光强分布曲线对比图。3a为未加超分辨位相衍射环时的光强分布曲线，3b为加入超分辨位相衍射环时的光强分布曲线。其中横向为光学坐标v，纵向为归一化光强I。实际坐标r可以由光学坐标和实际坐标的关系式： $v=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\mathrm{NAr}$ 得到。由图3可见采用超分辨分束器之后光斑明显减小。

虽然只需在平行光路中改变振幅分布即可实现超分辨现象，即在分束器的b表面也可以刻环，但是由于从光盘反射回来的光还要经过表面b才能到达光电探测器，会对光电探测器上的成像位置产生影响，因此这里将刻环刻在a表面上，避免了这种情况的发生。

将反射镜与光轴成45度角加于读写物镜前，与读写物镜固定一起，这样读写物镜移动时，反射镜同时移动，平行光由反射镜4反射经读写物镜聚焦在光盘上，由图1中可看到超分辨分束器a表面的刻环中心始终与读写物镜中心对准，这样就保证了超分辨效果的实现。

Claims (4)

1. 、超分辨光学读取头，依次包括半导体激光器、准直透镜、分束器、读写物镜、聚焦物镜和光电探测器，其特征在于：在分束器和读写物镜之间的光路中放置反射镜，它与读写物镜固定，随其移动。
2. 2、如权利要求1所述的超分辨光学读取头，其特征在于：反射镜与光轴成45度夹角，从而使光线方向改变90度。
3. 3、如权利要求1或2所述的超分辨光学读取头，其特征在于：分束器的侧面上刻有能产生超分辨衍射效应的刻环，分束器的刻环侧面位于光路中，刻环中心与系统共轴。
4. 4、如权利要求3所述的超分辨光学读取头，其特征在于：将分束器的刻环刻在靠近激光器的侧面。

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